재생 자원이란?

재생 자원이란 자연에서 저절로 보충되는 유형의 자원을 말합니다. 자연적으로 보충되기 때문에 재생 자원은 아무리 사용해도 고갈되지 않습니다. 예를 들어, 태양광이나 바람, 해일을 생각해보면 우리가 사는 동안 태양광이나 바람, 해일이 줄어들지는 않을 것입니다. 이러한 재생 자원의 일부는 전력 생성을 위한 전력 발전에 사용할 수도 있습니다.

재생 에너지란?

화석 연료는 전력 생산을 위한 훌륭한 에너지원이지만, 이용 가능한 유일한 에너지원은 아닙니다. 에너지는 우리 주변의 모든 곳에 존재합니다. 여기서 에너지란 눈에 보이지 않는 어떤 '포스(Force)'를 말하는 것이 아니라 우리 환경에 실제로 존재하고 구체적으로 측정 가능한 에너지를 말씀드리는 것입니다. 태양광과 바람, 물을 비롯한 다양한 원천을 전력 생산에 활용할 수 있습니다. 이러한 에너지 자원의 장점은 고갈되지 않는다는 것입니다. 우리가 무엇을 하든 대기 중에는 언제나 바람이 있을 것이고 바다에는 파도가 있을 것입니다. 이것이 우리가 이러한 자원을 재생 에너지 자원으로 여기는 이유입니다.

재생 에너지 자원의 주요 유형과 사례

태양광 에너지

태양광 에너지는 가장 널리 알려진 재생 에너지 자원 중 하나입니다. 태양 전지판은 도처에 보급되어 주택과 사무용 건물의 지붕, 공한지, 벌판, 그리고 사막 한가운데에서 볼 수 있습니다.

태양 전지판은 여러 겹의 반도체 물질로 이루어져 있으며 태양 복사 에너지를 전기로 직접 변환하도록 설계되어 있습니다. 지난 수년간 가격이 현저히 떨어져 태양열 발전의 비용 대비 효과가 상당히 향상되었습니다. 거의 모든 곳에 설치할 수 있으나, 건조한 기후 지역에서 더 효과적입니다.

태양광으로부터 전기를 생산하는 데 사용되는 또 다른 기술은 집광형 태양열 발전(CSP)라는 이름으로 알려져 있습니다. CSP 발전소에서는 거대한 거울 집합체를 이용하여 태양광을 좁은 면적에 집광시켜 여기서 발생된 증기를 사용해 터빈과 교류 발전기를 회전시킵니다.

풍력 에너지

풍력 에너지 역시 쉽게 볼 수 있습니다. 주와 주를 연결하는 도로를 타고 몇 시간 정도만 달리다보면 산등성이 뒤로 풍력 발전용 터빈이 나타나는 것을 볼 수 있습니다.

바람이 풍력 터빈 블레이드를 움직이면 그 움직임은 터빈의 나셀에 있는 교류 발전기에 의해 전기로 변환됩니다.

지난 수십년 사이 풍력 발전 터빈의 크기와 동력은 급격히 증가했습니다. 1990년대에는 가장 큰 풍력 터빈 날개 길이가 약 130피트였고 약 500kW의 전력을 생산할 수 있었습니다. 오늘날 가장 큰 풍력 터빈의 날개 길이는 720피트입니다. 이 거대한 시설물이 생산하는 전력은 14,000kW로, 이전 세대 풍력 터빈의 30배에 달합니다. 너무 커서 육로로는 컴포넌트를 수송할 수 없어 바다에만 설치할 수 있습니다.

알고 보니, 바다는 풍력 발전 단지를 세우기 아주 좋은 곳이었습니다. 바람의 변동성이 더 적고 일관되며, 풍력 터빈이 조망권을 해친다고 불만을 제기할 사람도 없습니다.

수력 발전

하천의 에너지 역시, 종종 수두(水頭)라고 부르는 물의 높이 변화가 클 경우, 수력 전기의 생산에 활용할 수 있습니다. 강이 크고 수두가 높을수록 더 많은 전기를 생산할 수 있습니다. 중국의 싼샤댐은 양쯔강 전체를 댐으로 막아 22GW(22,000,000kW)라는 엄청난 전력을 생산합니다.

수력발전소에서는 파이프를 통과한 물이 터빈의 날을 밀어내 회전시키며 교류 발전기에서 전기를 생성합니다.

미국에 있는 대부분의 수력발전소는 댐을 갖고 있는데, 여기에 물을 채웠다가 터빈을 통과하게 하는 방식입니다. 댐은 수두를 높이고 계절에 따라 물을 저장하는 역할을 하는데, 일부 경우에는 일 년 내내 전기를 생산합니다. 수력 에너지는 가장 쉽고 비용 대비 효과가 가장 큰 전기 생산 방식의 하나이자 가장 오래된 방식이기도 합니다.

지열 에너지

지열 에너지 역시 전기 생산에 사용된 지 오래입니다. 지열발전소에서는 물을 지하 깊이 주입하여 가까운 마그마 주머니에서 방출되는 열을 통해 증기로 바꿉니다. 이 증기가 배관을 타고 지표면으로 돌아와 증기 터빈을 돌립니다.

지열정(地熱井) 깊이가 2마일을 넘는 경우는 드물기 때문에, 지열발전소는 마그마가 지표면에서 그리 멀지 않은 곳에만 지을 수 있습니다. 일반적으로 가까이에 화산 활동이 있거나 지질구조판들이 서로 만나는 곳이 여기에 해당합니다. 따라서 미국의 경우에는 산안드레스 단층으로 인해 마그마가 지표면 가까이까지 올라오는 서부, 주로 캘리포니아에 거의 모든 지열발전소가 자리하고 있습니다.

바이오매스

전기 생산에 사용되는 또 하나의 중요한 원천의 하나가 바이오매스입니다. 이 용어는 연료 역할을 할 수 있는 매우 광범위한 유기 물질들을 포괄합니다. 나뭇조각, 가정에서 나오는 쓰레기, 흑액(나무에서 나오는 산업 폐기물) 등은 가장 흔히 사용되는 바이오매스 연료들입니다. 바이오매스가 재생 에너지 자원이 될 수 있는 이유는 무엇일까요? 간단히 말해, 원하는 대로 기르고 재배할 수 있기 때문입니다.

재생 에너지의 역사

역사를 통틀어 인류는 이러한 재생 에너지 자원을 어떤 형태로든 사용해 왔습니다. 로마인들은 지열로 데운 온천에서 목욕을 즐겼고, 불을 발견한 사람은 바이오매스 에너지 자원을 태우는 방식으로 몸을 따뜻하게 유지했습니다.

물론, 전기와 재생 전기는 훨씬 나중에 등장했습니다. 여러 나라에서 수력 에너지는 전기 수요가 지역의 수력 발전 잠재력을 넘어설 때까지는 주된 전기 공급원이었습니다. 재생할 수 있다고 해서 무제한을 의미하는 것은 아닙니다.

그 후, 다른 유형의 재생 전기 생산 방식들은 모두 세계 대부분의 지역에서 상대적으로 미미한 위치에 머물다가 태양열과 풍력 발전이 급속히 성장하는 시대가 도래한 것입니다. 2010년부터 2019년 사이, 580GW 규모의 태양열 발전소와 470GW 규모의 풍력 발전소가 증설되었는데 이는 그 이전 10년간 새로 세워진 풍력 및 태양열 발전소의 거의 7배에 달하는 규모입니다.

재생 에너지 수요

태양열과 풍력 발전의 발흥을 야기한 원인은 무엇일까요? 크게 두 가지 이유가 있습니다.

첫 번째로, 가장 간단하고 분명한 이유는, 태양 전지판과 풍력 터빈의 성능이 개선되고 비용이 저렴해져 불과 20년 전에 비해 경제성이 훨씬 더 좋아졌다는 점입니다. 더욱이, 둘 다 어떠한 연료도 필요치 않기 때문에 태양열과 풍력 발전의 경제성은 투자자들에게 상당히 매력적입니다.

두 번째의 보다 복잡한 이유는 지구 온난화에 대한 우려와 즉각적인 공기 오염 영향으로 인해 여러 나라에서 화력발전소의 배출물질에 대한 허용치가 급속히 낮추고 있다는 접입니다. 화력 발전을 재생 에너지 자원으로 대체하는 것은 간단한 문제가 아니지만 어느 정도까지는 가능합니다. 예를 들어, 영국은 거의 모든 석탄 화력발전소를 폐쇄했으며 현재는 하루 필요한 전력의 80% 이상을 재생 에너지로 공급하고 있습니다.

그런데, 재생 에너지 자원이라고 해서 모두 환경에 전혀 영향을 미치지 않는 것은 아닙니다.

예를 들어, 바이오매스를 태우면 석탄을 태웠을 때와 동일한 유형의 산화질소와 분진 등과 같은 유해한 배출물들이 생성될 수 있습니다.

수력발전댐 역시 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 댐들은 계곡 전체를 물에 잠기게 할 수 있습니다.

지열발전소조차 지구 깊은 곳으로부터 유체를 끌어올리면서 비소, 라돈, 황화수소 등 유해물질을 함께 방출할 가능성이 있습니다. 그러한 이유로, 많은 지열발전소들은 폐루프 방식을 운용하여 추출한 증기와 물을 지하로 재주입합니다.

전 세계의 재생 에너지

그러면, 재생 에너지 사용에 가장 앞서가는 나라는 어디일까요?

엄밀히 말하자면, 몇몇 작은 나라들은 이미 수십년간 전적으로 재생 전기로만 동력을 충당해 왔습니다.

예를 들어, 아이슬란드는 수력 및 지열 발전 외에 다른 에너지원을 거의 사용하지 않고 전력 시스템을 운용해 왔습니다. 이 섬나라의 독특한 지질학적 특성이 가져온 혜택입니다. 마찬가지로 코스타리카 역시 축복받은 수자원을 이용해서 거의 모든 전력 필요량을 충당하고 있습니다. 이런 나라들은 이미 이뤄냈기 때문에 재생 에너지를 향한 돌격전은 필요 없습니다.

독일은 전력 부문에서 가장 큰 변화가 이루어지고 있는 나라 중 하나입니다. 독일은 전통적으로 대부분의 전력을 석탄 화력발전소와 핵발전소에서 생산해 왔습니다. 지난 20년간 이러한 발전소 중 다수가 폐쇄되었고 풍력 단지와 태양 전지판, 바이오 연료 생산 시설로 대체되었습니다. 2019년에는 국가에서 필요한 전력량의 42%가 재생 에너지 자원으로 충당되었습니다.

미국의 재생 에너지

재생 에너지는 미국에서도 급격히 증가하고 있습니다. 2020년에는 24GW의 풍력과 18GW의 태양열 발전량이 증설되었는데, 이는 2017년, 2018년, 2019년, 2020년에 새로 가동된 화력발전소들의 전력 생산량을 모두 합친 규모에 해당합니다. 18GW 태양열 발전소는 어느 정도 규모일까요? 이 태양열 발전소 단지들을 모두 합하면 약 220평방마일, 달리 말해 맨해튼 섬 전체 표면적의 10배에 해당합니다. 엄청난 크기의 땅이지만, 태양 전지판의 대부분은 지붕이나 간이차고 위, 또는 땅이 남아도는 사막 지대에 설치되어 있다는 점을 기억하셔야 합니다.

태양 전지판과 풍력 터빈을 가장 많이 설치한 나라는 어디일까요?

정답: 중국입니다. 압도적으로 그렇습니다. 중국 정부에서 발표한 자료에 따르면, 2020년에 중국에 설치된 풍력 및 태양열 발전소의 전력 생산 역량은 120GW라는 경이로운 규모이며, 48GW는 태양열(홍콩 표면적의 20배에 해당하는 면적)이고 72GW는 풍력(작년 전 세계 다른 나라에 설치된 풍력 터빈을 모두 합한 것보다 많은 규모)입니다.